ブロックチェーンにおける「分散化」と「パフォーマンス」の比較解説 | Quicknodeターミナル、コード、またはAIエージェントからQuicknodeを管理できます。CLI、Admin API、MCP、SDKが利用可能になりました。
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分散化のトレードオフブロックチェーンのトリレンマ
要約： 分散化とパフォーマンスの間の緊張関係は、 ブロックチェーンが抱える決定的な課題の一つであり、しばしば「ブロックチェーンのトリレンマ」と呼ばれています。 分散化を推進するには、コンセンサスに達するノード数を増やす必要がありますが、それにより通信オーバーヘッドが増加し、レイテンシが高まり、スループットが低下します。 一方、パフォーマンスを向上させるには、バリデーターの数を減らす、コンセンサスラウンドを高速化する、あるいはハードウェア要件を厳しくする必要がありますが、これらはいずれも中央集権化を招きます。 このトリレンマによれば、ブロックチェーンは「分散性」「安全性」「スケーラビリティ」という3つの特性のうち、せいぜい2つまでしか完全に最適化できないとされる。チェーンごとにこのスペクトル上で異なるトレードオフが行われており、レイヤー2ロールアップ、シャーディング、並列実行といった戦略によって、実現可能な限界が押し広げられつつある。
わかりやすい説明
グループで意思決定を行う場面を想像してみてください。3人が合意すれば済む場合は、話し合いはスムーズに進みます。しかし、1万人が合意する必要がある場合、たとえ全員が善意で行動していたとしても、話し合いにははるかに長い時間がかかります。ブロックチェーンのコンセンサスも同様の仕組みで機能します。すべてのバリデーターが、新しいブロックを受け取り、検証し、その正当性を証明する必要があります。参加するバリデーターが増えれば増えるほど、やり取りすべきメッセージの量も増え、コンセンサスに達するまでに要する時間も長くなります。
これにより、根本的なトレードオフが生じます。バリデーターの数が少ない高速なネットワーク（高性能、低分散化）か、バリデーターの数が多い低速なネットワーク（低性能、高分散化）か、あるいはその中間のいずれかを選択することになります。現在の技術では、最高の性能と最高の分散化を同時に実現することはできません。
ブロックチェーンのトリレンマ
イーサリアムの共同創設者ヴィタリック・ブテリンによって広く知られるようになった「ブロックチェーンのトリレンマ」とは、ブロックチェーンにおいて、「分散性」「安全性」「スケーラビリティ」という3つの特性のうち、同時に最適化できるのはせいぜい2つまでであるという考え方である。
分散化とは、多くの独立した参加者が、過度なハードウェア要件を課されることなく、ノードを運用し、コンセンサスに参加できることを意味します。セキュリティとは、ネットワークが、履歴の改ざん、取引の検閲、あるいはブロックチェーンの停止を図ろうとする、資金力のある攻撃者からの攻撃に耐えられることを意味します。スケーラビリティとは、ネットワークが大量の取引を迅速かつ低コストで処理できることを意味します。
SOC 2 タイプ II 認証取得 · ISO 27001
ビットコインは分散性とセキュリティを最大限に高めている一方で、スケーラビリティを犠牲にしています。そこそこのハードウェアさえあれば誰でもフルノードを運用でき、ネットワークが攻撃に成功したことは一度もありませんが、スループットは1秒あたり約7トランザクションに制限されています。 イーサリアムはこれら3つの要素のバランスを取っているが、分散化とセキュリティを重視しており、L1では約30 TPSを処理し、ベースレイヤーのスループットを向上させるのではなく、ロールアップを通じてスケーリングを図る計画である。ソラナはパフォーマンスとセキュリティを優先しており、実際には約4,000 TPSを達成しているが、バリデーターを稼働させるにはハイエンドのハードウェアが必要であるため、参加者の数が制限され、バリデーターセットが集中してしまう。
なぜトレードオフが存在するのか
こうしたトレードオフは、単なる工学的な選択ではなく、物理学やコンピュータサイエンスに根ざしています。
ネットワークの伝播時間によって、コンセンサスの遅延には下限が生じます。世界中に分散しているバリデーターはメッセージをやり取りする必要がありますが、光速の制限により、離れた地域間では100～300ミリ秒の最小往復時間が生じます。バリデーターが増えればメッセージ量も増え、メッセージ量が増えれば処理時間も長くなります。
ハードウェア要件は参入障壁となります。チェーンがブロックをより高速に生成したり、1ブロックあたりのデータ量を増やしたりすると、ノードはそれに追いつくために、より高速なCPU、より多くのRAM、大容量のSSD、そしてより高い帯域幅を必要とします。こうした要件が引き上げられると、ノードを運用できる人が減り、バリデーターセットが縮小してネットワークが集中化することになります。
ステートの増加は時間の経過とともに累積していきます。取引が行われるたびに、ブロックチェーンのステートが増加します。スループットが速くなればなるほどステートの増加も速くなり、その結果、必要なストレージ容量も大きくなります。数千TPSを処理するチェーンでは、テラバイト規模のステートデータが急速に蓄積されるため、フルノードの運用コストはますます高くなります。
限界を押し広げる戦略
レイヤー2のロールアップは、トリレンマを打破するための最も成功した戦略です。ロールアップは、別のチェーン上でトランザクションを処理し、圧縮された結果をL1に送信することで、ベースレイヤーのセキュリティと分散性を維持しつつ、スループットを劇的に向上させます。イーサリアムのL2エコシステム（Arbitrum、Base、Optimism、zkSync）は、L1単独の場合に比べて桁違いに多くのトランザクションを処理しています。
Solana、Sui、Monad、MegaETH で採用されている並列実行は、競合しないトランザクションを順次ではなく同時に処理することで、ブロック生成時間を延長することなくスループットを向上させ、必要なバリデーターの数を減らすことができます。
シャーディングとは、ネットワークを並列なセグメントに分割し、各セグメントが独立してトランザクションを処理することで、スループットをシャーディングの数だけ倍増させる仕組みです。イーサリアムの当初のシャーディングロードマップは、ロールアップ中心のアプローチへと変化しましたが、他のブロックチェーンでは、ネイティブシャーディングの検討が続けられています。
データ可用性サンプリングにより、ノードはブロック全体をダウンロードすることなく、ブロックデータが利用可能であることを検証できるため、帯域幅の要件が軽減され、大規模なブロックの検証をより分散化して行うことが可能になる。
Quicknodeの役割
Quicknodeは、イーサリアムやビットコインのような高度に分散化されたL1から、Solanaのような高性能チェーン、そしてその両者を橋渡しするL2ロールアップに至るまで、80以上のチェーンにまたがるインフラストラクチャを提供することで、トリレンマのトレードオフの全範囲に対応しています。分散化を優先するチェーン上で構築する場合でも、スループットを優先するチェーン上で構築する場合でも、QuicknodeのCore APIは低遅延で信頼性の高いアクセスを提供します。 L2特有のユースケースについては、QuicknodeはArbitrum、Base、Optimism、zkSync、その他の主要なロールアップに対してネイティブRPCサポートを提供しています。
「トリレンマ」という観点から、主要チェーン各社を比較するとどうでしょうか？
以下の表は、主要なネットワークが分散化、セキュリティ、スケーラビリティの各側面においてどのような位置にあるかをまとめたものです。バリデーター数がこれらにどのような影響を与えるかについてさらに詳しく知りたい場合は、「バリデーターの集中度」をご覧ください。
チェーン | ～に傾いている | おおよそのスループット | ノードへのアクセス可能性 |
|---|
ビットコイン | 分散化とセキュリティ | 7 TPSについて | 低スペックのハードウェアでも動作する |
イーサリアム L1 | 分散化とセキュリティ | 約30 TPS | コンシューマー向けハードウェア、ロールアップによる拡張 |
ソラナ | パフォーマンスとセキュリティ | 数千のTPS | 高性能なハードウェアが必要 |
イーサリアムとロールアップ | これら3つすべてが、レイヤー2を経由して | 数千のTPSを統合 | L1は引き続き利用可能で、L2は拡張性を追加する |
分散化とパフォーマンスの両立は可能でしょうか？
現在の技術では、トリレンマの中核となるベースレイヤーレベルでは実現できません。現実的な解決策は、レイヤーを分離することです。つまり、決済には高度に分散化され、セキュリティの高いレイヤー1を維持しつつ、実行処理を、レイヤー1のセキュリティを継承しつつ高いスループットを実現するロールアップやその他のレイヤー2システムに委ねるのです。これが、イーサリアムが単にレイヤー1のスループットを向上させるのではなく、ロールアップを中心としたロードマップを選択した理由です。
よくある質問
ブロックチェーンのトリレンマとは何ですか？
「ブロックチェーンのトリレンマ」とは、ブロックチェーンにおいて、「分散性」「安全性」「スケーラビリティ」という3つの特性のうち、同時に完全に最適化できるのはせいぜい2つまでであるという考え方です。通常、ある特性を向上させると、別の特性が犠牲になります。
なぜ分散化が進むとパフォーマンスが低下するのでしょうか？
バリデーターの数が増えると、コンセンサスに達するために交換しなければならないメッセージも増え、また、グローバルな分散化によってネットワークの遅延も生じます。これらはいずれも、1ブロックあたりの処理時間とオーバーヘッドを増加させ、その結果、小規模で緊密に連携したバリデーターセットと比較して、スループットが低下します。
分散化とパフォーマンス、どちらがより重要でしょうか？
それはユースケースによって異なります。高額資産の決済では分散化とセキュリティが重視される一方、消費者向けアプリや高頻度取引ではパフォーマンスが重視されます。多くのチームは、分散型のL1で決済を行い、高速なL2で実行することで、その両方を両立させています。
レイヤー2は、トリレンマをどのように解決するのに役立つのでしょうか？
レイヤー2ロールアップは、トランザクションをオフチェーンで実行し、圧縮されたデータを分散型レイヤー1に送信します。ユーザーは、ベースチェーンのセキュリティと分散性を維持しつつ、高いスループットと低い手数料を実現できるため、ベースレイヤー特有のトレードオフを回避できます。
トリレンマは絶対的な法則なのでしょうか？
これは、証明された定理というよりは、実用上の制約です。並列実行、シャーディング、データ可用性サンプリング、ロールアップといった技術は、分散化を犠牲にすることなく、スループットとレイテンシを向上させながら、その限界を押し広げ続けています。
参考資料
